PWM技術(shù)在單片機(jī)控制智能充電器中的應(yīng)用及LM393參數(shù)

介紹了pwm 技術(shù)的基本原理，并詳細(xì)介紹了在智能充電器中采用的pwm技術(shù)的方法和其優(yōu)缺點(diǎn)，并針對問題提出了更加合理的解決方案,本文介紹的方法主要面向鎳氫和鎳鎘電池充電器等應(yīng)用pwm技術(shù)的基本原理隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種pwm技術(shù)，其中包括：相電壓控制pwm、脈寬pwm法、隨機(jī)pwm、spwm法、線電壓控制pwm等，而本文介紹的是在鎳氫電池智能充電器中采用的脈寬pwm法。它是把每一脈沖寬度均相等的脈沖列作為pwm波形，通過改變脈沖列的周期可以調(diào)頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓，采用適當(dāng)控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化?？梢酝ㄟ^調(diào)整pwm的周期、pwm的占空比而達(dá)到控制充電電流的目的。pwm技術(shù)的具體應(yīng)用
pwm軟件法控制充電電流
本方法的基本思想就是利用單片機(jī)具有的pwm端口，在不改變pwm方波周期的前提下，通過軟件的方法調(diào)整單片機(jī)的pwm控制寄存器來調(diào)整pwm的占空比，從而控制充電電流。本方法所要求的單片機(jī)必須具有adc端口和pwm端口這兩個必須條件，另外adc的位數(shù)盡量高，單片機(jī)的工作速度盡量快。在調(diào)整充電電流前，單片機(jī)先快速讀取充電電流的大小，然后把設(shè)定的充電電流與實際讀取到的充電電流進(jìn)行比較，若實際電流偏小則向增加充電電流的方向調(diào)整pwm的占空比；若實際電流偏大則向減小充電電流的方向調(diào)整pwm的占空比。在軟件pwm的調(diào)整過程中要注意adc的讀數(shù)偏差和電源工作電壓等引入的紋波干擾，合理采用算術(shù)平均法等數(shù)字濾波技術(shù)。軟件pwm法具有以下優(yōu)缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：簡化了pwm的硬件電路，降低了硬件的成本。利用軟件pwm不用外部的硬件pwm和電壓比較器，只需要功率mosfet、續(xù)流磁芯、儲能電容等元器件，大大簡化了外圍電路。
可控制涓流大小。在pwm控制充電的過程中,單片機(jī)可實時檢測adc端口上充電電流的大小，并根據(jù)充電電流大小與設(shè)定的涓流進(jìn)行比較，以決定pwm占空比的調(diào)整方向。
電池喚醒充電。單片機(jī)利用adc端口與pwm的寄存器可以任意設(shè)定充電電流的大小，所以，對于電池電壓比較低的電池，在上電后，可以采取小電流充一段時間的方式進(jìn)行充電喚醒，并且在小電流的情況下可以近似認(rèn)為恒流，對電池的沖擊破壞也較小。缺點(diǎn)：電流控制精度低。充電電流的大小的感知是通過電流采樣電阻來實現(xiàn)的，采樣電阻上的壓降傳到單片機(jī)的adc輸入端口，單片機(jī)讀取本端口的電壓就可以知道充電電流的大小。若設(shè)定采樣電阻為rsample（單位為ω），采樣電阻的壓降為vsample（單位為mv）， 10位adc的參考電壓為5.0v。則adc的1 lsb對應(yīng)的電壓值為 5000mv/1024≈5mv。一個5mv的數(shù)值轉(zhuǎn)換成電流值就是50ma，所以軟件pwm電流控制精度最大為50ma。若想增加軟件pwm的電流控制精度，可以設(shè)法降低adc的參考電壓或采用10位以上adc的單片機(jī)。
pwm采用軟啟動的方式。在進(jìn)行大電流快速充電的過程中，充電從停止到重新啟動的過程中，由于磁芯上的反電動勢的存在，所以在重新充電時必須降低pwm的有效占空比,以克服由于軟件調(diào)整pwm的速度比較慢而帶來的無法控制充電電流的問題。
充電效率不是很高。在快速充電時，因為采用了充電軟啟動，再加上單片機(jī)的pwm調(diào)整速度比較慢，所以實際上停止充電或小電流慢速上升充電的時間是比較大的。

為了克服2和3缺點(diǎn)帶來的充電效率低的問題，我們可以采用充電時間比較長，而停止充電時間比較短的充電方式，例如充2s停50ms，再加上軟啟動時的電流慢速啟動折合成的停止充電時間，設(shè)定為50ms，則實際充電效率為（2000ms－100ms）/2000ms＝95％，這樣也可以保證充電效率在90%以上。
純硬件pwm法控制充電電流由于單片機(jī)的工作頻率一般都在4mhz左右，由單片機(jī)產(chǎn)生的pwm的工作頻率是很低的，再加上單片機(jī)用adc方式讀取充電電流需要的時間，因此用軟件pwm的方式調(diào)整充電電流的頻率是比較低的，為了克服以上的缺陷，可以采用外部高速pwm的方法來控制充電電流。現(xiàn)在智能充電器中采用的pwm控制芯片主要有tl494等,本pwm控制芯片的工作頻率可以達(dá)到300khz以上，外加阻容元件就可以實現(xiàn)對電池充電過程中的恒流限壓作用，單片機(jī)只須用一個普通的i/o端口控制tl494使能即可。另外也可以采用電壓比較器替代tl494，如lm393和lm358等。采用純硬件pwm具有以下優(yōu)缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：電流精度高。充電電流的控制精度只與電流采樣電阻的精度有關(guān)，與單片機(jī)沒有關(guān)系。不受軟件pwm的調(diào)整速度和adc的精度限制。
充電效率高。不存在軟件pwm的慢啟動問題，所以在相同的恒流充電和相同的充電時間內(nèi)，充到電池中的能量高。
對電池?fù)p害小。由于充電時的電流比較穩(wěn)定，波動幅度很小，所以對電池的沖擊很小，另外tl494還具有限壓作用，可以很好地保護(hù)電池。
缺點(diǎn)：硬件的價格比較貴。tl494的使用在帶來以上優(yōu)